package com.atguigu.algorithm.kruskal;


import com.sun.xml.internal.bind.v2.model.core.ID;

import java.util.Arrays;
import java.util.Objects;
import java.util.stream.Stream;

/**
 * Created by John.Ma on 2022/4/4 0004 11:21
 */
public class KruskalAlgorithm {
    static final int INF = Integer.MAX_VALUE;
    public static void main(String[] args) {

        char[] vertexs = {'A','B','C','D','E','F','G'};
        int[][] matrix = new int[][]{
                /*A*//*B*//*C*//*D*//*E*//*F*//*G*/
            /*A*/{0,   12,  INF, INF, INF, 16,  14 },
            /*B*/{12,  0,   10,  INF, INF, 7,   INF},
            /*C*/{INF, 10,  0,   3,   5,   6,   INF},
            /*D*/{INF, INF, 3,   0,   4,   INF, INF},
            /*E*/{INF, INF, 5,   4,   0,   2,   8  },
            /*F*/{16,  7,   6,   INF, 2,   0,   9  },
            /*G*/{14,  INF, INF, INF, 8,   9,   0  }
        };
        Kruskal kruskal = new Kruskal(vertexs, matrix);
        kruskal.print();
        EData[] edges = kruskal.getEdges();
        // System.out.println("排序前");
        // Arrays.stream(edges).forEach(System.out::println); // 未排序
        // System.out.println();
        // System.out.println("排序后");
        // kruskal.sortEdge(edges);
        // Arrays.stream(edges).forEach(System.out::println); // 排完序
        // System.out.println();
        kruskal.kruskal();

    }
}

class Kruskal{
    private int edgeNum; // 边的个数
    private char[] vertexs; // 顶点数组
    private int[][] matrix; // 邻接矩阵
    // 使用INF 表示两个顶点不能连通
    private final int INF = Integer.MAX_VALUE;

    // 构造器
    public Kruskal(char[] vertexs,int[][] matrix){
        // 初始化顶点数和边的个数
        int vlen = vertexs.length;

        // 初始化顶点
        this.vertexs = new char[vlen];
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            this.vertexs[i] = vertexs[i];
        }

        // 初始化边, 使用的是复制拷贝的方式
        this.matrix = new int[vlen][vlen];
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            for (int j = 0; j < vlen; j++) {
                this.matrix[i][j] = matrix[i][j];
            }
        }
        // 统计边的条数
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            for (int j =i + 1;j<vlen;j++){
                if(this.matrix[i][j] != INF){
                    edgeNum++;
                }
            }
        }
    }

    public void kruskal(){
        int index = 0; // 表示最后结果数组的索引
        int[] ends = new int[edgeNum]; // 用于保存"已有最小生成树" 中的每个顶点在最小生成树中的终点
        // 创建结果数组, 保存最后的最小生成树
        EData[] rets = new EData[edgeNum];

        // 获取图中所有的边集合, 一共有12条边
        EData[] edges = getEdges();
        System.out.println("获取图的边的集合=" + Arrays.toString(edges) + " 共"+edges.length+"条边");

        // 按照边的权值大小进行排序(从小到大)
        sortEdge(edges);

        // 遍历edges数组, 将边添加到最小生成树中时, 判断准备加入的边是否形成回路, 如果没有,就加入到结果数组里面去,否则不能加入
        for (int i = 0; i < edgeNum; i++) {
            // 获取到第i条边的第一个顶点(起点)
            int p1 = getPosition(edges[i].start);
            // 获取到第i条边的第二个顶点(重点)
            int p2 = getPosition(edges[i].end);

            // 获取p1这个顶点在已有的最小生成树中的终点
            int m = getEnd(ends, p1);
            // 获取p2这个顶点在已有的最小生成树中的终点
            int n = getEnd(ends, p2);
            // 是否构成回路
            if(m != n){ // 不构成回路
                ends[m] = n; // 设置m在"已有最小生成树" 中的终点
                rets[index++] = edges[i]; // 有一条边加入到rets数组
            }
        }

        // 统计并打印最小生成树, 数组rets数组
        System.out.println("最小生成树为 = \n"+ Arrays.toString(Arrays.stream(rets).filter(Objects::nonNull).toArray()));

    }

    // 打印邻接矩阵
    public void print(){
        System.out.println("邻接矩阵为: ");
        System.out.print("    ");
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            System.out.print(String.format("%10s\t", vertexs[i]));
        }
        System.out.println();
        System.out.println("======================================================================================");
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            System.out.print(String.format("%2s |",vertexs[i]));
            for (int j = 0; j < vertexs.length; j++) {
                System.out.printf("%10d\t",matrix[i][j]);
            }
            System.out.println(); // 换行处理
        }
    }



    /**
     * 功能: 对边进行排序处理冒泡排序
     * @param edges 边的集合
     */
    public void sortEdge(EData[] edges){
        for (int i = 0; i < edges.length; i++) {
            for (int j = 0; j < edges.length - 1 - i; j++) {
                if(edges[j].weight > edges[j+1].weight){ // 交换
                    EData tmp = edges[j];
                    edges[j] = edges[j+1];
                    edges[j+1] = tmp;
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 功能: 获取下标为id的顶点的终点, 用于后面判断两个顶点的终点是否相同
     * @param ends 数组就是记录了各个顶点对应的终点是哪个, ends 数组是在遍历过程中逐步形成
     * @param i 传入顶点对应的下标
     * @return 返回的就是下标为i的这个顶点对应的终点的下标
     */
    private int getEnd(int[] ends, int i){
        while(ends[i] != 0){
            i = ends[i];
        }
        return i;
    }

    /**
     *
     * @param ch 插入顶点的值,比如 'A', 'B'
     * @return 返回ch顶点对应的下标,如果找不到,返回-1
     */
    private int getPosition(char ch){
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            if(vertexs[i] == ch){
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 功能: 获取图中的边,放到EData[] 数组中,后面我们需要遍历该数组
     * 是通过matrix 邻接矩阵来得到的.
     * EData[] 形式 [['A','B',12], ['B','F',7]]
     * @return
     */
    public EData[] getEdges(){
        int index = 0;
        EData[] edges= new EData[edgeNum];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = i+1; j < vertexs.length; j++) {
                if(matrix[i][j] != INF){
                    edges[index++] = new EData(vertexs[i], vertexs[j], matrix[i][j]);
                }
            }
        }
        return edges;
    }
}

// 创建一个类EData , 它的对象实例就表示一条边
class EData{
    char start; // 边的一个点
    char end; // 边的另外一个点
    int weight; // 边的权值
    // 构造器
    public EData(char start, char end, int weight){
        this.start = start;
        this.end = end;
        this.weight = weight;
    }

    // 重写toString 方法,便于输出边
    @Override
    public String toString() {
        return "\nEData[" +
            "<" + start +
            ", " + end +
            ">= " + weight +
            "]";
    }
}


